Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinrichtung für ein Fahrzeug, auf weisend ein Gehäuse, ein in dem Gehäuse angeordnetes Leuchtmittel und aufwei send eine Lichtscheibe zum Durchtritt von mit dem Leuchtmittel erzeugbaren Licht. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Beleuchtungseinrich tung mittels eines Fügeverfahrens.

STAND DER TECHNIK

Zur Herstellung eines Kraftfahrzeugscheinwerfers sind verschiedene Fügeverfahren und Verbindungsvorrichtungen bekannt. Dazu zählen Kleben, Schweißen, Verschrau ben, sowie Rastverbindungen mit den jeweiligen dazu ausgebildeten Verbindungsvor richtungen.

Aus der DE 19728445 C1 ist ein Fahrzeugscheinwerfer, bestehend aus einem Ge häuse, einem Reflektor, einer Abdeckscheibe und einem Rahmen bekannt. Der Re flektor, die Abdeckscheibe und der Rahmen sind miteinander zu einem Einsatz ver bunden. Offenbarungsgemäß werden der Reflektor, die Abdeckscheibe und der Rah men miteinander verklebt, sodass ein einteilig handhabbarer Einsatz gebildet ist, der nur einmal als Ganzes gegenüber einem Gehäuse auszurichten und einzusetzen ist. Das Fügen mittels eines Klebeverfahrens stellt hohe Anforderungen an die Toleran zen der miteinander zu verklebenden Bauteile. Zudem ist das Fügen mittels des Kle beverfahrens kosten- und zeitintensiv.

Aus der WO 2018/041707 A1 ist ein Verfahren zum Fügen einer Lichtscheibe mit ei nem Gehäuse einer Beleuchtungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug bekannt. Offenba rungsgemäß wird eine aus Kunststoff ausgebildete Lichtscheibe mit einem aus einem Kunststoff ausgebildeten Gehäuse einer Beleuchtungseinrichtung stoffschlüssig mit tels eines Schweißverfahrens gefügt. Um die Abmaße, insbesondere eine Sollhöhe der fertig gefügten Beleuchtungseinrichtung zu erzielen, wird mittels eines Sensorel- ementes und einer Referenzfläche ein Korrekturwert ermittelt, der zu einer exakten Positionierung der Lichtscheibe relativ zu dem Gehäuse herangezogen wird. Dabei wird auch eine beim Schweißvorgang entstehende Eindrücktiefe, auch Abschweißtiefe genannt, berücksichtigt. Durch den Schweißvorgang, bei dem die Fügepartner an ih rer Fügestelle hohen Temperaturen ausgesetzt werden und wobei es auch zu örtlich und zeitlich unregelmäßig und ungleichmäßigen Abkühlvorgängen kommt, entstehen Eigenspannungen bzw. innere Spannungen, die zu einer Rissbildung (Spannungs rissbildung) führen können. Neben der Art und Größe der Eigenspannung ist die Spannungsrissbildung auch abhängig von den miteinander verschweißten Werkstof fen. Die Spannungsrissbildung ist auch abhängig von Außeneinflüssen, die auf die Fügestelle sowie die Werkstoffe der Fügepartner einwirken. Insbesondere können chemisch oder physikalisch aktive Medien wie Wasser, Ethanol, Toluol und Fleptan eine Spannungsrissbeständigkeit verringern und somit die Bildung von Spannungsris sen begünstigen. Für die Lichtscheibe von Beleuchtungseinrichtungen kommen ins besondere die Werkstoffe Polymethylmethacrylat (PMMA), sowie Polycarbonat (PC) zum Einsatz. Diese Werkstoffe sind insbesondere anfällig für Spannungsrisse.

Zur Reduktion der Eigenspannung ist es daher üblich, die miteinander verschweißten Bauteile in einem Temperofen einer Wärmebehandlung zu unterziehen. Das Tempern ist jedoch zeit- und kostenintensiv und beeinträchtigt die Produktionsflexibilität nach teilig. Ein weiterer Nachteil des Temperns liegt darin, dass mit der Entspannung eine gewisse Verformung des Bauteils einhergeht. Bei einer Beleuchtungseinrichtung ist diese Verformung besonders kritisch, da sie zu einer Beeinträchtigung eines Lichtbil des und eines Strahlengangs durch die Lichtscheibe führen kann.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Beleuchtungseinrichtung bereitzustellen, die günstig und flexibel produzierbar ist und formbeständig ist, sowie eine lange Lebensdauer, insbesondere eine hohe Spannungsrissbeständigkeit, auf weist. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens zur Fierstellung einer vorteilhaften Beleuchtungseinrichtung das günstig und schnell ist. Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Beleuchtungseinrichtung gemäß dem Ober begriff des Anspruches 1 in Verbindung mit den kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen ange geben.

Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass ein Rahmen vorgesehen ist, der an der Lichtscheibe wenigstens randseitig, zumindest abschnittsweise umlaufend, in einem Kunststoffspritzgussprozess angespritzt ist, und wobei der Rahmen mittels ei ner Kunststoffschweißnaht mit einem Verbindungsabschnitt des Gehäuses gefügt ist. Die Erfindung geht dabei von dem Gedanken aus, dass durch die Nutzung geeigneter Werkstoffe für das Gehäuse und für das Anspritzen des Rahmens an die Lichtscheibe nach dem Fügen des Rahmens mit dem Gehäuse mittels Schweißens auf ein Tem pern verzichtet werden kann. Dadurch wird einerseits die Herstellungszeit verkürzt und Kosten für die Produktion reduziert. Weiterhin ist sichergestellt, dass die Beleuch tungsvorrichtung eine gewünschte Form aufweist und ein gewünschtes Lichtbild und Strahlengang gewährleistet ist.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung weisen wenigstens der Verbindungsabschnitt des Gehäuses und der Rahmen einen Werkstoff auf, mit dem eine spannungsrissbestän dige Kunststoffschweißnaht gebildet ist. Eine Spannungsrissbeständigkeit ist von ver schiedenen Einflussfaktoren bestimmt. Diese sind neben der Geometrie des Verbin dungsabschnitts und des Rahmens auch von der Beanspruchungsart, Beanspru chungsintensität und Beanspruchungsfrequenz, sowie der Temperatur und Bestän digkeit gegen physikalisch und chemisch aktive Medien abhängig. Weiterhin spielen die Eigenschaften des Werkstoffes als solches, beispielsweise der chemische Aufbau und Zusammensetzung, sowie ihrer Morphologie eine Rolle. Einen besonders großen Einfluss auf die Spannungsrissbeständigkeit liegt in der Beständigkeit des Werkstoffes und der Kunststoffschweißnaht gegenüber physikalisch und chemisch aktiven Medien, wie beispielsweise Wasser, Ethanol, Toluol sowie Heptan. Bei der Spannungsrissbil dung entstehen zuerst Crazes, die sich zu Rissen an einer Bauteiloberfläche weiter bilden. Diese Rissbildung erfolgt bei einer lokalen Beanspruchungsüberschreitung. Die Spannungsrissbeständigkeit definiert sich somit durch das Ausbleiben oder nur geringfügige Bilden von Crazes und Rissen in dem jeweiligen Werkstoff und der Kunststoffschweißnaht. Vorteilhafterweise ist der Rahmen und/oder das Gehäuse, wenigstens jedoch der Verbindungsabschnitt des Gehäuses, aus einem Werkstoff, wenigstens umfassend Acrylnitril-Styrol-Acrylat-Copolymere (ASA), ASA-HT, PBT+ASA-[GF20] und/oder Acrylnitril-Styrol-Acrylat-Copolymere beinhaltenden Werk stoff. Besonders Vorteilhaftweise ist das Gehäuse, zumindest jedoch der Verbin dungsabschnitt des Gehäuses aus PBT+ASA-[GF20] gefertigt. Besonders vorteilhaf terweise ist der Rahmen aus Acrylnitril-Styrol-Acrylat-Copolymere (ASA), ASA-FIT, oder Acrylnitril-Styrol-Acrylat-Copolymere beinhaltenden Werkstoff gefertigt. Die Licht scheibe ist besonders vorteilhafterweise aus Polymethylmethacrylat (PMMA) oder Po lycarbonat (PC) gefertigt. Dadurch wird eine Beleuchtungseinrichtung geschaffen, die ohne zu tempern schnell und kostengünstig zu fertigen ist und in ein Fahrzeug einge baut werden kann. Ein Acrylnitril-Styrol-Acrylat-Copolymere beinhaltender Werkstoff ist beispielsweise PBT+ASA-[GF20].

In einer vorteilhaften Ausbildung der Beleuchtungseinrichtung sind der Verbindungs abschnitt und der Rahmen aus einem identischen Werkstoff gebildet. Dies hat den Vorteil, dass die Werkstoffeigenschaften des Verbindungsabschnitts und des Rah mens, die miteinander gefügt werden, ebenfalls identisch sind und somit ein Fügen mittels Kunststoffschweißnaht einfach ist und aufgrund der identischen Schmelztem peratur und Materialeigenschaften ein niedriges Eigenspannungsniveau erzielt wer den kann.

In einer weiteren vorteilhaften Ausbildung sind der Verbindungsabschnitt und der Rahmen aus unterschiedlichen Werkstoffen gebildet. Dies hat den Vorteil, dass ab hängig von weiteren Anforderungen an den Rahmen und den Verbindungsabschnitt geeignete Werkstoffe gewählt werden können. Dadurch können beispielsweise Kos ten gespart werden.

Vorteilhafterweise ist der Werkstoff des Rahmens lichtundurchlässig. Durch einen sol chen Rahmen, der beispielsweise schwarz ausgebildet ist, kann verhindert werden, dass benachbarte Beleuchtungskammern beleuchtet werden. Dadurch wird synerge tisch eine Partitionierung der Beleuchtungseinrichtung, sowie eine strukturelle Verbin dung erzielt. Beispielsweise kann der Rahmen eine Grenze zwischen einem Bereich für den Fahrtrichtungsanzeiger, das Bremslicht, das Fahrlicht, sowie des Rückfahrlich tes und einer Nebelschlussleuchte einer Heckleuchte bilden, die verschiedenfarbig ausgebildet sind und somit nur abhängig von einer Fahrsituation und Betriebssituation des Fahrzeugs beleuchtet werden sollen. Analog es gilt für einen Frontscheinwerfer, bei dem ein Bereich für einen Fahrtrichtungsanzeiger, ein Abblendlicht und ein Fern licht voneinander gegeneinander lichtundurchlässig abgetrennt werden.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Kunststoffschweißnaht zwischen dem Ge häuse und dem Rahmen als geschlossene Kontur durchgängig gebildet. Dadurch wird eine Versiegelung der Beleuchtungseinrichtung gegen Außeneinflüsse erzielt. Insbe sondere wird durch die durchgängige Kunststoffschweißnaht ein Eindringen von Feuchtigkeit in einen Innenraum, in dem das Leuchtmittel angeordnet ist, vermieden. Dadurch wird ein zuverlässiger Betrieb der Beleuchtungseinrichtung gewährleistet. In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Beleuchtungseinrichtung ist die Beleuchtungs einrichtung als ein Frontscheinwerfer und/oder als eine Heckleuchte ausgebildet. Dadurch wird sichergestellt, dass der Frontscheinwerfer und/oder die Heckleuchte ein gewünschtes Lichtbild und Strahlengang aufweist und eine optimale Ausleuchtung des Fahrweges bzw. Signalfunktion erzielt wird. Weiterhin wird vermieden, dass durch ein verfälschtes Lichtbild und Strahlengang der Gegenverkehr geblendet oder ein Leuchtsignal fälschlich interpretiert wird.

Zur Bildung mehrerer Leuchtkammern kann der Rahmen zusätzlich zu einer Anord nung mittels Anspritzung entlang einem Außenrand der Lichtscheibe auch an weitern Abschnitten der Lichtscheibe angespritzt sein.

Die Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe erfolgt ferner mittels eines Verfahrens zur Herstellung der vorteilhaften Beleuchtungseinrichtung. Das Verfahren umfasst wenigstens die Schritte: Anspritzen des Rahmens an die Lichtscheibe unter Verwen dung eines Kunststoffspritzgussprozesses, Anordnen des Rahmens an einem Verbin dungsabschnitt des Gehäuses, sowie Fügen des Rahmens mit dem Verbindungsab schnitt mittels eines Kunststoffschweißverfahrens. Der Erfindungsgedanke umfasst auch das Anspritzen der Lichtscheibe an den Rahmen in einem Kunststoffspritzguss prozesses. Kunststoffspritzgussprozesse haben den Vorteil, dass sie gut kontrollierbar und schnell durchführbar sind, wodurch Kosten in der Produktion gespart werden können. Das Fügen des Rahmens mit dem Verbindungsabschnitt mittels eines Kunst stoffschweißverfahrens hat den Vorteil, dass Kunststoffschweißverfahren schnell durchführbar und kostengünstig sind. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass die Licht scheibe durch das Kunststoffschweißverfahren am Rahmen nicht beeinträchtigt wird.

BEVORZUGTES AUSFUHRUNGSBEISPIEL DER ERFINDUNG Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt die einzige

Figur in einer Schnittdarstellung eine Beleuchtungseinrichtung, umfassend eine Lichtscheibe, einen Rahmen, sowie ein mit dem Rahmen mittels ei ner Kunststoffschweißnaht geführten Gehäuses.

Die Figur zeigt in einer Schnittdarstellung eine Beleuchtungseinrichtung 100 in Ausge staltung einer Fleckleuchte für ein Kraftfahrzeug. Die Beleuchtungseinrichtung umfasst ein Gehäuse 10 und ein daran gehaltenes Leuchtmittel 11 , umfassend mehrere Leuchtdioden (LEDs). Weiterhin umfasst die Beleuchtungseinrichtung 100 eine Licht scheibe 12, die mittels eines 2-Komponenten-Spritzgussverfahrens mit einem Rah men 13 hergestellt ist. Die Lichtscheibe 12 ist aus einem Polymethylmethacrylat (PMMA) gefertigt, insbesondere in einem Kunststoffspritzgussprozess gespritzt. Der Rahmen 13 besteht aus dem Werkstoff Acrylnitril-Styrol-Acrylat-Copolymer (ASA) und wurde in einem 2-Komponenten-Spritzgussprozess an die Lichtscheibe 12 ange spritzt. Das Gehäuse 10 mit einem Verbindungsabschnitt 15 zum Fügen mit dem Rahmen 13 ist materialeinheitlich aus Acrylnitril-Styrol-Acrylat-Copolymer (ASA) ge- bildet. Der Rahmen 13 und der Verbindungsabschnitt 15 wurden mittels eines Kunst stoffschweißprozesses unter Bildung einer Kunststoffschweißnaht 14 stoffschlüssig miteinander gefügt. Aufgrund der identischen Werkstoffe des zu fügenden Rahmens

13 und des Gehäuses 10 sind durch den Kunststoffschweißprozess entstandene Ei genspannungen verhältnismäßig gering. Der Werkstoff Acrylnitril-Styrol-Acrylat- Copolymer weist weiterhin eine hohe Spannungsrissbeständigkeit auf, dadurch ist die Kunststoffschweißnaht 14 spannungsrissbeständig. Die Spannungsrissbeständigkeit bleibt auch bei Kontakt der Schweißnaht mit Medien wie Wasser, Ethylen, Heptan o- der Toluol bestehen. Somit ist ermöglicht, dass die Beleuchtungseinrichtung 100 ohne eine Wärmelagerung in einem Temperofen zum Reduzieren der Eigenspannungen direkt in einem Kraftfahrzeug eingebaut werden kann. Durch das Auslassen des Tem perns wird auch eine Verformung der Beleuchtungseinrichtung 100 vermieden, die mit Entspannung der Kunststoffschweißnaht 14 beim Tempern einhergeht. Weiterhin wird sichergestellt, dass eine eingestellte Position und Ausrichtung des Leuchtmittels 11 relativ zu der Lichtscheibe 12, dem Streulichtabschnitt 16 und weitern optischen Ele menten der Beleuchtungseinrichtung beibehalten sind. Dadurch wird erreicht, dass ein Lichtbild und gewünschter Strahlengang gewährleistet ist. Der Rahmen 13 ist aus ei nem für Licht intransparenten Werkstoff gefertigt und weist eine schwarze Farbe auf. Dadurch wird ein Austreten von Licht durch den Rahmen in einen benachbarten Be reich verhindert. Durch den intransparenten Rahmen 13 wird somit auch eine licht dichte Abtrennung von einzelnen Beleuchtungskammern der Beleuchtungseinrichtung ermöglicht.

Der Rahmen 13 ist entlang einer Außenkante 17 der Lichtscheibe 12 mittels des 2- Komponenten-Spritzgussprozesses angespritzt. Die Kunststoffschweißnaht 14 zwi schen dem Gehäuse 10 und dem Rahmen 13 verläuft durchgängig als Kontur parallel zu der Außenkante 17 der Lichtscheibe 12. Somit ist durch die Kunststoffschweißnaht

14 und die Verbindung zwischen Rahmen 13 und Lichtscheibe 12 zusammen mit der Lichtscheibe 12, dem Rahmen 13 und dem Gehäuse 10 ein versiegelter Innenraum der Beleuchtungseinrichtung 100 geschaffen, in den kein Wasser, Partikel oder ande re Medien eindringen können. Dadurch ist insbesondere eine Elektrik und das Leuchtmittel 11 vor Außeneinflüssen geschützt und ein zuverlässiger Betrieb sowie lange Betriebsdauer der Beleuchtungseinrichtung 100 gewährleistet.

Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf das vorstehend angege bene bevorzugte Ausführungsbeispiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denk bar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder den Zeichnungen hervorgehenden Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktiven Einzelheiten, räumliche Anordnungen und Verfahrensschritte, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein.

Bezugszeichenliste

10 Gehäuse

11 Leuchtmittel

12 Lichtscheibe

13 Rahmen

14 Kunststoffschweißnaht

15 Verbindungsabschnitt

16 Streuscheibenabschnittes

17 Außenkante

100 Beleuchtungseinrichtung